Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи (1996) (1092093), страница 88
Текст из файла (страница 88)
15.15, б. Для перехода от семейства кривых ф~ = ~(1/~ /2а) к семейству ВАХ управляемого нелинейного конденсатора по первым гармоникам следует учесть формулу (15.41) и то, что действующее значение первой гармоники напряжения иа конденса- торе Ое~дая у-всласть дтпл ~-пласт а! Рис. 15.19 практически в том случае, когда потенциал р-области выше потенциала п-области. У транзистора имеется три вывода. В транзисторе р-и-р-типа первый вывод от первой р-области — называют коллектором, второй вывод — от второй р-области — эмиттером, третий вывод — от п-области — базой. На электрических схемах транзистор р-и-р-типа изображают, как показано на рис.
15.19, б, а транзисторы л-р-п-типа — в соответствии с рис. 15.19, в. ф 15.28. Основные способы включения биполярных транзисторов в схему. Различают три основных способа включения триодов в схему в зависимости от того, какой из электродов транзистора является общим для управляющей и управляемой цепей. На рис. 15.20, а изображена схема с общей базой, на рис. 15.20, б — схема с общим эмиттером, на рис. 15.20, в — схема с общим коллектором. Во всех схемах ń— источник ЭДС в цепи нагрузки; Е, — источник ЭДС в цепи управления.
Для всех схем, в которых используют транзисторы типа р-п-р, полярность источников ЭДС должна быть такой, чтобы коллектор имел отрицательный, а эмиттер положительный потенциал относительно базы. Для создания смещения на базе транзистора (напряжение У„,) вместо отдельной ЭДС Е„(рис. 15.20, б) используют делитель напряжения — резисторы й, и й„подключенные к Е„(рис. 15.20, г). В этом с~у~ае У„о=т',ф,, У„о+I,ф, =Е„, У,о+У2о=1„>, где У,о, У2о, ~во — постоинные составл Яющие токов!,, 1,, 1,. Сигнал на базУ постУ- пает через конденсатор С. $15.29. Принцип работы биполярного транзистора. Рассмотрим принцип работы транзистора р-л-р-типа в схеме с общей базой (рис. 15.20, а1.
Вследствие диффузии в переходном слое между эмиттером и базой и между базой и коллектором имеются объемные заряды (на рис. 15.!9, а не показаны). В р-области объемные заряды отрицательны, а в и-области — положительны. Объемные заряды в каждом переходном слое создают электрическое поле, вектор напряженности которого направлен от и- к р-области, т.
е. поле препятствует движению носителей положительных зарядов из р- в п-область и движению носителей отрицательных зарядов из и- в р-область. 477 Еу г) Рис. 15.20 Разность потенциалов на переходном слое между р- и п-областями называют потенциальным барьером.
Потенциальные барьеры зависят от ЭДС и полярности каждого источника ЭДС, включенного в схему. Так, включение источника ЭДС Е„в схему (рис. 15.20, а) приводит к уменьшению потенциального барьера между эмйттером и базой по сравнению с разностью потенциалов на этом слое, когда источник ЭДС Е„не включен. В свою очередь, включение источника ЭДС Е„приводит к увеличению потенциального барьера между базой и коллектором по сравнению с разностью потенциалов на этом слое, когда Е„не включена. Об.ьясняется это тем, что результирующая напряженность поля на переходном слое коллектор — база при наличии ЭДС Е„равна сумме напряженностей от объемных зарядов и от ЭДС Е„, тогда как на переходном слое эмиттер — база результирующая напряженность поля при наличии ЭДС Е равна разности напряженностей от объемных зарядов и от ЭДС Е„.
Кривая ! на рис. 15.!9, г — зависимость изменения потенциала вдоль триода при отсутствии ЭДС Е„и Е . а кривая 2 — при наличии ЭДС Е„и Е„. При сниженном потенциальном барьере между эмиттером и базой энергетическйй уровень части носителей зарядов оказывается достаточным для того, чтобы от эмиттера к базе, соединенной с отрицательным полюсом источника ЭДС Е„, двигались дырки (носители положительных зарядов).
Небольшое количество отрицательных зарядов движется при этом от базы к эмиттеру, ноток, создаваемый нми, относительно мал, так как концентрация атомов примесей в области базы значительно меньше концентрации атомов примесей в эмиттере. Хотя в а-области при этом и происходит частичная рекомбинация положительных и отрицательных зарядов, однако благодаря малой толщине а-слоя большая часть дырок успевает продрейфовать к переходному слою между базой и коллектором. В переходном слое между базой н коллектором носители положительных зарядов оказываются под воздействием сильного электрического поля, образованного источником ЭДС Е„(обычно Е„>Е„). Поддействием этого поля дырки втягиваются в область коллектора н движутся к электроду коллектора.
Таким образом, большая часть дырок, вышедших из эмиттера н прошедших в п-область, устремляется к коллектору (потенциал коллектора отрицателен по отношению к потенциалу базы и потенциалу эмиттера). В результате к электроду базы подходит лишь незначительное количество дырок, вышедших из области эмиттера н прошедших в область базы. При принятых на рис. 15.20, а положительных направлениях для токов ток эмиттера 1. равен сумме тока коллектора г„и тока базы 1: 1 =1 +г,.
Отношение тока коллектора к току эмиттера г„/г = а = 0,95 —:0,99 и зависит от режима работы. В транзисторе коллекторным током и падением напряжения между электродами коллекторной цепи можно управлять путем изменения ЭДС Е„. Следует иметь в инду, что при изменении полярности ЭДС Е„в схеме (рис. 15 20 а) транзистор теряет свойство управляемости и на участке между базой и коллекто ром работает как обычный неупРавляемый диод. Этот Режим является ненормаль ным режимом работы транзистора.
Рис. 15.21 Принцип действия транзистора а-р-л-типа аналогичен принципу действия транзистора р-п-р-типа. Но концентрация атомов примесей в базе транзистора п-р- У и-типа много меньше концентрации примесей в п-области эмиттера. В транзисторе п-р-и-типа в область базы поступают не дырки, а электроны. Полярность включения источников питания Е„и Е„транзисторов п-р-а-типа противоположна полярности источников питания транзистора р-п-р-типа. В соответствии с этим направления прохождения токов в соответствующих ветвях для этих типов транзисторов противоположны. ф 15.30. ВАХ биполярного транзистора.
Свойства каждого транзистора определяются двумя основными семействами его ВАХ. Первое семейство характеристик — зависимость тока выходной цепи от напряжения между электродами транзистора, включенными в выходную цепь, при каком-либо из остальных токов транзистора, взятом в качестве параметра. В качестве параметра может быть взята и любая другая величина, например напряжение между электродами транзистора, включенными в цепь управления. Зто семейство описывает свойства транзистора по отношению к выходной цепи. Второе семейство характеристик — зависимость тока входной цепи (цепи управления) от напряжения между электродами транзистора, включенными во входную цепь, при напряжении между электродами, включенными в выходную цепь (или при токе выходной цепи), взятом в качестве параметра. Зто семейство характеристик описывает свойства транзистора по отношению к цепи управления.
На рис. 15.21, а качественно изображено семейство выходных характеристик г,=~(и.,„) при параметре 1, для схемы с общим эмиттером (см. рис. 15,20, а). Правее вертикальной пунктирной прямой А — А кривые начинают круто подниматься. Зто свидетельствует о том, что в данной зоне может произойти пробой транзистора. Поэтому в зоне правее прямой А — А работать нельзя. Расположенная в третьем квадранте кривая ОН иллюстрирует потерю управляемости транзистора при изменении полярности ЭДС в выходной цепи.
При протекании тока по транзистору он нагревается выделяющейся в нем теплотой. Каждый транзистор в зависимости от размеров и условий охлаждения может отдавать в окружающее пространство определенное количество теплоты. Допустимое количество теплоты, выделяющейся в транзисторе, характеризуется мощностью рассеяния р„=и„1„(дается в каталогах). На рис. 15,21, а пунктиром нанесена гипербола 1„=р„/и,„=/(и.,„). Транзистор не перегревается в условиях длительйого режима в том случае, если рабочая точка находится внутри заштрихованной области (кратковременно можно работать и в области, находящейся выше пунктирной кривой). На рис. 15.21, б качественно изображено семейство входных характеристик транзистора г =/(и, ) при параметре и,„в схеме с общим эмиттером (см. рис.
15.20, б). Важно обратить внимание на то, что любой ток транзистора (например, 1„или ! ) является функцией не одной, а двух переменных. Так, ток 1„является функцией и,„и !.„ток 1 — функцией и„и и,„. (В ф 15.34 это положение будет учтено.) В радиотехнике свойства транзистора иногда описывают еще так называемой проходной характеристикой!'„=Ци )(рис. 15.21, в). Ее используют, например, когда ток 1„имеет форму косинусоидальных импульсов с отсечкой (в резонансных усилителях мощности, умножителях частоты и других устройствах). Формулы разложения тока 1„на гармоники в этом случае приведены в 16 и вопросов гл.
7 (5 — крутизна характеристики). В 15.31. Биполярный транзистор в качестве усилителя тока, напряжения, мощ- ности. Транзистор может служить усилителем тока, когда приращение тока управ- ляемой цепи (той, где включен источник ЭДС Е„) во много раз больше приращения тока управляющей цепи (той, где включен источник ЭДС Е ). Из трех схем (рис. 15.20) в качестве усилителя тока могут быть использованы две: схема с общим ' эмиттером (см. рис.
15.20, б) и схема с общим коллектором (см. рис. 15.20, а). В обеих схемах током управления является ток базы ! . Током управляемой цепи в схеме с общим эмиттером является ток коллектора г„, а в схеме с общим коллектором — ток ' эмиттера 1, Так как 1„= ыэ (см. Э 15.29) и !э=1„+!б, то 1б = !э — 1„= (! — в)1,. Прн нахождении связи между малыми приращениями токов можно в первом приближении принять а=сопя!.
Тогда И„= вЖ„Жг, — — (! — а)М„. Коэффициент усиления по току Й; равен отношению приращения тока на выходе к приращению тока на входе. Для схемы с общим эмиттером к,. = Л1,/Л! = ~/(! — ~), для схемы с общим коллектором й,. = б!э/Ь! = 1/(1 — ). Та к как коэффициент а=0,95 —:0,99, то и,. ж 19 —:100.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
